单层球面网壳的优化设计

本文以网壳的矢高，网格数，杆件截面积，球节点的体积为设计变量，以总造价最低为目标函数，采用直接搜索法与准则法有机结合的综合优化设计方法，按规范要求对网壳结构的外形及杆件的截面积进行优设计，并考虑了竖向和水平地震作用。     

单层球面网壳结构的性能研究

本文应用ＳｕｐｅｒＳＡＰ９３计算程序,对单层方型球面结构做了静力,动力及稳定分析;研究了不同矢跨比,支承条件对结构性能的影响及其结构力选取的影响,得出了一些较有价值的结论。     

单层球面网壳的多重地震效应研究

为研究网壳结构包含主余震序列的多重地震效应,该文首先筛查中国地震台网中心和太平洋地震工程研究中心数据库中的主震、余震序列数据,获得14次地震中共计342对包含主余震序列的多重地震动时程数据;应用这些多重地震数据对单层球面网壳进行了全荷载域动力时程分析,根据得到的各特征响应随加速度幅值变化曲线,讨论网壳结构的多重地震效应。首先通过对不同加速度幅值下结构响应算例的描述,定义了余震引起的五种不同影响程度。在此基础上进行了大量的参数分析,统计归纳了主震结束时单层球面网壳最大节点位移、塑性发展程度和损伤程度等对结构抵抗余震能力的规律,并将主震结束时的1P杆件比例和损伤因子定义为衡量结构抵抗余震能力的指标,所得出的结论可为实际工程的抗震设计提供参考。     

铝合金单层球面网壳的非线性稳定分析

以K8型单层球面网壳结构为例,采用有限元分析软件ANSYS进行建模和计算,对铝合金网壳进行了几何非线性稳定分析,讨论了矢跨比、荷载分布形式、初始缺陷和支承条件对网壳稳定性承载力的影响。通过与钢网壳比较,得到了一些关于铝合金单层球面网壳稳定性的结论,可为相关的工程设计提供参考。     

单层球面网壳结构弹塑性稳定性能研究

有计划地针对六种实际尺寸的常用单层球面网壳结构,利用ANSYS软件及自编的前后处理程序进行了3200余例网壳双重非线性全过程分析。求得网壳的弹塑性极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布,支承条件等因素对单层球面网壳结构弹塑性稳定性能的影响,着重研究考虑材料非线性后网壳极限承载力的变化规律。通过这种大规模参数分析研究,较全面了解单层球面网壳结构的弹塑性稳定性能,为实际工程设计提供了理论依据和设计参考。     

嵌入式毂节点刚度及其单层球面网壳承载力研究

嵌入式毂节点是我国自行设计研制出来的一种新型装配式节点,具有施工方便、外形流畅、定位精度高等优点,属于典型的半刚性节点。但目前对此类节点的研究尚不够深入,现有规范尚未涉及此类半刚接单层球面网壳的相关理论计算公式和设计要求。基于此,采用ANSYS软件建立了嵌入式毂节点的精细化模型,基于幂函数模型拟合了节点的弯矩-转角公式,同时,探讨了不同跨度和矢跨比下节点刚度对单层球面网壳稳定承载能力的影响。研究表明:嵌入式毂节点在平面外弯曲时的弯矩-转角曲线以及在扭转作用时的扭矩-转角曲线均与幂函数模型吻合良好;网壳结构承载力对节点弯曲刚度的敏感程度要大于节点轴向刚度,且极限承载力对节点刚度的敏感程度会随着结构跨度或矢跨比的增大均呈现减弱的趋势。     

单层球面网壳结构屋面雪荷载最不利布置研究

雪荷载对大跨网壳结构的影响相对较大,而且由于风及温度等的作用,雪荷载在屋面的分布往往是不均匀的,确定雪荷载的最不利布置是保证大跨网壳结构安全设计需要考虑的问题。该文提出了一种分区组合法来确定单层球面网壳结构在屋面雪荷载作用下的最不利布置,该方法首先将屋面沿径向分为8个扇区,分别考虑雪荷载布置在不同扇区的排列组合,计算结构的极限承载力,确定雪荷载的径向最不利布置,然后再将屋面按环向分为6个环区,计算并确定雪荷载环向最不利布置,最后组合径向和环向两种情况,确定单层球面网壳结构雪荷载的最不利布置。研究结果表明,当雪荷载布置在半跨并且是最外两环时,结构的极限承载力最低,比满跨和半跨雪荷载工况分别降低24.8%和16.3%。     

凯威特型单层球面网壳在强震下的失效研究

动力强度破坏是网壳结构在遭受地震时的主要失效形式,准确的失效判别需要以基于材料损伤理论的分析为基础。为在动力时程分析中考虑材料损伤累积的因素,编制了基于有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,具有较高的计算精度和较好的收敛性,实现了网壳结构考虑材料损伤的动力有限元分析。对单层球面网壳在强震下的失效特点进行了系统的参数研究,探讨了考虑材料损伤因素对网壳失效特征的影响;综合网壳失效时刻的多项特征响应,拟合了能够评估网壳动力损伤程度的损伤模型;基于损伤模型表示的网壳极限状态的物理意义,建立了适用于跨度40m的凯威特单层球面网壳强震失效判别准则,可用之判定网壳在强震作用下的失效极限荷载。     

基于构件冗余度均衡化的单层网壳结构优化研究

为实现单层网壳结构构件冗余度的均衡分布,减小构件间的重要性差异,提高结构抵抗荷载作用的能力。将基于灵敏度分析的构件冗余度评价方法应用到单层网壳结构中,以衡量构件在结构中的重要性;而后根据构件冗余度系数值的大小,将结构构件划分为重要构件、一般构件和次要构件三个不同层次的构件集合,实现结构构件的分类控制;在此基础上以构件的截面参数为优化变量,将结构构件的冗余度标准差与各层次构件的冗余度标准差之和最小化定义为目标函数,基于粒子群算法优化结构构件的截面参数。结果表明:构件的冗余度系数可以准确地反映构件在结构中的重要性及其破坏后对结构的影响程度,减小构件间的冗余度差异,可以实现结构构件截面尺寸的合理分布,有效提升结构的整体性能和极限承载力。     

单层球面网壳的多重地震效应研究EI北大核心CSCD

为研究网壳结构包含主余震序列的多重地震效应,该文首先筛查中国地震台网中心和太平洋地震工程研究中心数据库中的主震、余震序列数据,获得14次地震中共计342对包含主余震序列的多重地震动时程数据;应用这些多重地震数据对单层球面网壳进行了全荷载域动力时程分析,根据得到的各特征响应随加速度幅值变化曲线,讨论网壳结构的多重地震效应。首先通过对不同加速度幅值下结构响应算例的描述,定义了余震引起的五种不同影响程度。在此基础上进行了大量的参数分析,统计归纳了主震结束时单层球面网壳最大节点位移、塑性发展程度和损伤程度等对结构抵抗余震能力的规律,并将主震结束时的1P杆件比例和损伤因子定义为衡量结构抵抗余震能力的指标,所得出的结论可为实际工程的抗震设计提供参考。     

K8型单层球面网壳抗冲击荷载性能研究

首先介绍了求解冲击问题的解析法、有限元法的算法基础、适用于求解强非线性动力问题的有限元解法,以及计算冲击荷载响应的通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA。为验证软件求解功能及相关参数设置的正确性,分别用解析法与有限元软件求解同一简单模型,二者结果吻合。随后在ANSYS/LS-DYNA软件中建立了60m跨度K8型单层球面网壳冲击模型。在上述基础上,对135个K8型网壳算例进行了分析,研究表明:网壳竖向变形和主要杆件受力随冲击质量与速度的增加而增大,当质量与速度增加到一定值后,二者均不再变化。而且当冲击质量较小时,网壳塑性发展可以由冲击动量初步判定,冲击质量较大时,则与冲击速度之间有明显相关性。在一次冲击网壳破坏情况下,冲击持时随冲击速度的增大而减少。     

冲击荷载下K8单层球面网壳的破坏类型

首先介绍求解冲击问题解析法与数值法的算法基础,以及有限元求解的基本解法(中心差分法)。之后介绍了以上述为理论基础的计算冲击荷载的国际通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA。并分别用解析法与有限元软件求解同一简单模型,互相校核;二者结论接近,验证了软件求解功能及相关参数设置的正确性。随后在ANSYS/LS-DYNA软件中建立了60m跨度K8型单层球面网壳抗冲击模型,在上述基础上,通过对135个算例的分析总结,根据竖向变形与塑性发展情况总结了K8单层球面网壳结构在顶点冲击荷载下的五种破坏类型及其分布规律。     

新型索撑式单层球面网壳选型与预应力张拉模拟研究

随着时代的进步,人们对建筑的要求不仅仅局限在功能性、实用性,更要求有优秀的透光性,轻盈的结构形式。传统的网壳结构的三角形网格划分的方式导致结构采光差、构件多,四边形网格质量轻、采光好,但刚度较低,因此提出了一种新的结构几何形式—索撑双向子午线型球面网壳,具有新的拉索布置方式—面内布置斜拉索、面外利用撑杆布置横、纵拉索。通过典型算例,并结合100 m、150 m大跨度模型算例对上述结构的力学性能规律进行验证分析,论证了该文提出的拉索布置方式的合理性。针对施工过程中拉索张拉顺序,提出了面内斜拉索及面外横纵拉索的预应力施加顺序的若干种方案,对结构进行了施工过程模拟;通过结构施工过程中各个阶段的最大位移、极限承载力等指标,研究拉索预应力施加顺序对施工过程中的影响,提出了适合于此类结构的合理施工手段,为实际工程提供理论支撑。     

单双层球面扁网壳连续化方法非线性稳定理论临界荷载的确定

连续化方法是研究网壳结构稳定问题的一种重要途径,目前用连续化理论分析球面扁网壳的稳定问题还存在欠缺和不足。运用经典的壳体理论,将单层和双层球面扁网壳等代为实体薄壳并建立非线性稳定理论混合法基本方程,再用李兹法求出球面扁网壳上下临界荷载计算公式。通过参数分析,首次从1000多个算例中得出了正三角形网格单层和双层常用球面扁网壳临界荷载系数的精确解。与国内外现有文献的计算公式相比,结果更为完善和正确。即便在有限元技术日益成熟的今天,用连续化方法计算的网壳结构临界荷载仍然对工程设计有重要指导作用,也是有限元方法分析网壳稳定性的对比和补充。     

单层网壳结构弹塑性屈曲分析的离散单元法研究

该文提出离散元塑性区法,即将任意2个球元的接触截面划分成若干小面积,通过各小面积的应力状态描述整个截面的塑性发展过程,较离散元塑性铰法更精确。该文推导了杆系离散元截面应变增量计算公式,建立了截面在三维应力-应变状态下的结构弹塑性本构方程、加卸载准则、截面内力积分公式以及计算分析流程。离散元弹塑性屈曲分析的追踪策略与弹性屈曲分析完全相同,即仍采用离散元力控制法或位移控制法。采用Fortran语言自编程序对若干单层网壳结构算例进行弹塑性屈曲分析,验证了离散元塑性区法的正确性和适用性,拓宽了离散单元法在工程领域的应用范围,为结构分析提供了新路径。